CC BY
64
Wq - среднее время ожидания в очереди;
'№Ъ - среднее время ожидания в очереди для занятой системы;
Ро - вероятность того, что все каналы свободны;
РЬ - вероятность того, что все каналы заняты.
Анализ характеристик СМО, представленных в табл. 5 подтверждает полученные ранее выводы по трехфакгорному эксперименту, что факторы «пустот-ности» печи и начальной температуры рулонов являются резервными факторами, с помощью которых можно повысить эффективность работы колпаковыхпечей.
При заданной интенсивности поступления металла на термообработку (А = 0,3014) формирование стопы рулонов с максимальной после прокатки начальной температурой (120°С), максимально заполняющих по высоте пространство муфеля (минимальная «пустот-ность» до 100 мм), снижает загруженность системы с 88,55% в реальном среднегодовом режиме до 83,15% в благоприятном режиме, т.е. создается ресурс для повышения эффективности работы колпаковой печи на 5,4%. Кроме того, улучшаются все характеристики СМО: система работает практически без очередей (Ьд = 1,59) и даже в экстремальных условиях, когда все каналы (стенды) заняты (вероятность этого события (РЬ) снижается с 48,88 до 32,25%), среднее число заявок в системе не может превышать 5.
Для неблагоприятного режима (стопа охлажденных после прокатки рулонов с минимальной температурой и максимальной до 600 мм «пустотностью» по высоте) загруженность системы возрастает с 88,55 до 90,01% и ухудшаются все эксплуатационные характеристики СМО.
Список литературы
1. Андросенко О.С., Девягченко Л.Д., Маяченко Е.П. Постановка и решение задач систем массового обслуживания в программе ШтОБВ: метод. указ. Магнитогорск: ГОУВПО «МГТУ», 2010. 51 с.
2. Боровиков В.П. БТАИБИОД. Искусство анализа данных на ком -пьюгере. Для профессионалов. 2 изд. СПб.: Питер, 2003. 688 с.
3. Джонсон Н., ЛионФ. Статистика и планирование эксперимента в науке и технике. Методы планирования эксперимента / пер. с англ. под род. Э.КЛецкого, Е.В.Марковой. М.: Мир, 1981. 516 с.
4. Кузнецов Н.А. Отжигательная печь коппакового типа HICON // Новости черной металлургии за рубежом / Ин-т «Черметинформация». 2008. Вып. 4. С. 71.
5. МаловаН.И. и др. Опыт освоения коппаковых водородных печей в ОАО «ММК»// Совершенсгвованиетехнопоти в ОАО «ММК»: сб. тр. Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК». Магни-тогорск 2006. Вып. 10. С. 303-306.
6. СимененкоО.В. Улучшение качества отжига холоднокатаного рулонного проката в среде сухого водорода // Сталь. 2008. № 10. С. 47-49.
7. Тахаутдинов Р.С. и др. Опробование отжига широкополосной стали 08Ю в водородной колпаковой печи (ОАО «ММК») // Сталь. 2006. № 3. С .77-78.
Bibliography
1. Androsenko O.S., Devjatchenko L.D., Majachenko E.P. Statement and the decision of tasks of systems of mass service in program WinQSB // Methodical instructions. Magnitogorsk: State Educational instition of Higher Professional Education «MSTU», 2010. 51 p.
2. Borovikov V.P. STFTISTICA. Art of the analysis of data on a computer. For professionals. The 2-th edition. SPb.: Peter, 2003. 688 p.
3. Johnson N, Lyons F. Statistiks and planning of experiment in a science and technics. Methods of planning of experiment. Translation from English edited by E.K.Letski, E.V.Markova. M.: the World, 1981, 516 p.
4. Kuznecov N.A. Single-steck furnace type HICON // News of ferrous metallurgy / Publication «Chrmetinfopmation». 2008. Part 4. P. 71.
5. Malova N.I., etc. Experience of development dri-hydrogen furnaces in Open Society « Magnitogorsk Iron & Steel Works» // Perfection of technology in Open Society « Magnitogorsk Iron & Steel Works» Publication the central laboratory of the control of Open Society «Magnitogorsk Iron & Steel Works». Magnitogorsk, 2006. Part 10. P. 303-306.
6. Simenenko O.V. Improvement of quality annealing cold-rolled rolls hire in the environment dry-hydrogen / Steel, 2008. № 10. P. 47-49.
7. Tahautdinov R.S., etc. Approbation отжига broadband steel 08YU in dri-hydrogen single-steck furnaces (Open Society « Magnitogorsk Iron & Steel Works») // Steel. 2006. № 3. P. 77-78.
УДК 621.785.52
Романенко Д.Н., Гадалов В.Н., Рагулина Л.Г., Трепаков A.B., Ляхов A.B.
НИТРОЦЕМЕНГАЦИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПАСТООБРАЗНОМ
КАРБЮРИЗАТОРЕ С НАГРЕВОМ В ВАННАХ
В по еле дние год^і в м ашино стр о ении з ам етно возрос интерес к использованию соляных ванн при р азлич ны х о пер ациях тер м ич ес ко й и хим ико -термической обработки металлов, так как они обладают целым рядом положительных качеств. Преимущество соляных ванн перед всеми другими нагревательными устройствами проявляется в быстрой и равномерной передаче тепла нагреваемому изделию, в возможности точного регулирования температуры и
НЕЙТРАЛЬНЫХ СОЛЯНЫХ
высокой экономичности. Кроме того, расплавленные соли хорошо защищают стальные поверхности от окисления и других вредных воздействий. Особый интерес представляет использование соляных ванн для совместного насыщения поверхностей деталей азотом и углеродом. За рубежом этот процесс широко используется в автомобилестроении, судостроении и других отраслях техники под названием Тенифер-процесс (ТешГег-Т^йпёе) [1].
Однако, несмотря на многие преимущества, классический Тенифер-процесс, разработанный в 60-х годах прошлого века немецкой фирмой «Degussa», в настоящее время не используется по экологическим соображениям. Дело в том, что азотирование по способу Тенифер производилось в цианистых ваннах (55% NaCN + 35% KCN + 10% Na2CO3), отличавшихся очень высокой токсичностью, что вызывало значительные проблемы, связанные с охраной окружающей среды (нейтрализация газов, сточных вод, отходов производства и т.п.).
Имеются сведения [2] об успешном использовании для нитроцементации различных сталей пастообразных карбюризаторов, наносимых в виде тонких покрытий на упрочнжмые поверхности. Эти карбюризаторы дешевы
и, благодаря весьма малому расходу, безопасны с экологической точки зрения. По эффективности пастообразные карбюризаторы не уступают цианистым ваннам, но скорость насыщения заметно ниже, поскольку нагрев деталей с нитроцементующими покрытиями производится в газовой атмосфере.
Нами предлагается новый высокоскоростной и высокоэффективный метод цементации, объединяю-
щий преимущества пастообразных и жидких карбюризаторов и свободный от их недостатков. Этот способ заключается в нанесении на поверхность деталей нитроцементующей обмазки и, после ее высушивания, нагреве и выдержке этих деталей в нетоксичных нейтральных ваннах.
Была разработана соляная ванна, которая позволяла проводить насыщение стали при различных тем -пературах. Эта ванна состоит из композиции трех солей - хлористого натрия №С1, углекислого натрия №2С03 и едкого натра №0Н. Все выбранные компоненты в исходном состоянии исключительно дешевы, широко используются в народном жзяйстве и в быту и не относятся к высоко токсичным веществам, требующим соблюдения специальных мер безопасности.
Анализ диаграммы плавкости системы №0Н-№2С03-№С1 (рис. 1) показывает, что, изменяя концентрации названных солей, можно получать ванны с рабочими температурами от 480 до 900°С.
Жидкотекучесть названных ванн проверяли следующим методом. Образец диаметром 8 мм длиной 30 мм погружали в расплав исследуемых солей на глубину 20 мм, отмеченную на цилиндрической поверхно-
100 90 80 70 60 50 W NaC[ Весобыв %
Рис. 1. Диаграмма плавкости системы NaOH-Na2CO3-NaCl
сти образца риской, и выдерживали в распла- Составы ВЭНН ДЛЯ НИТрОЦемеНТЭЦИИ СТаЛЬНЫХ ИЗД6ЛИЙ
ве 2 ч. После выдержки в расплаве образцы охлаждали на воздухе, не очищая приставшую к нему соль. Жидкотекучесть определяли по разнице веса образца до цианирования и после цианирования (с приставшей солью).
Испаряемость (выкипание) ванны оценивали в этом эксперименте визуально, по интенсивности выхода из расплава пузырьков газа.
Исходя из всего вышесказанного, можно рекомендовать составы соляных ванн указанные в таблице.
Важным преимуществом этих соляных ванн является экологическая чистота процесса термической обработки. Эта чистота достигается отсутствием в составе токсичных ве- нагревом в соляной ванне состава 50% №2С03 и 50%
ществ, оптимальным сочетанием жидко текучести и №С1 при температуре 900° С с выдержкой 2 ч. После
испаряемости расплава. Жидкотекучесть настолько этого образцы извлекались из ванны и визуально оце-
высока, что на нитроцементованных в такой ванне нивалась стойкость карбюризаторов на различной
изделиях не остается следов солей, которые загряз- основе по остаточному количеству обмазки. Результа-
няют промывочную. 1Ъ1 эксперимента представлены на рис. 3.
Отсутствие ядовитых компонентов и невысокая Как видно из результатов опыта, при использовании
испаряемость ванны не приводит к недопустимому карбюризатора на глинопесчаной основе в пропорции
загрязнению атмосферного воздуха и не требует уст- 1:2 обмазка на испытуемых образцах после нитроцемен-
ройств специальной вентиляции. тации полностью сохранилась. Кроме того, как показал
Для осуществления нитроцементации стали при дальнейший металлографический анализ, в этом случае
различных температурах универсальная нитроцемен- глубина карбонитридного слоя максимальна.
тующая среда должна содержать кроме сажи (основа) желтую кровяную соль, проявляющую максимальную активность при средних температурах нитроцементации (600-700°С), и углекислый натрий для обеспечения активности среды при высоких температурах насыщения (800-900° С).
Поочередная, по температурной шкале, активизация азотсодержащих добавок и максимальное приближение реакций образования активного азота и углерода к насыщаемой поверхности стали позволит, по нашему мнению, значительно снизить потери активных элементов из нитроцементующего покрытия и, следовательно, уменьшить расход селитры и желтой кровяной соли и повысить экологическую чистоту процесса.
Был приготовлен карбюризатор на основе газовой сажи с добавками желтой кровяной соли и углекислого натрия, которые должны обеспечить образование активных компонентов - поставщиков азота и углерода к поверхности стали при различных температурах, следующего состава (% масс):
- сажа газовая 60-80;
- углекислый натрий 10-15;
- железосинеродный калий 5-20.
Компоненты карбюризатора в сухом виде тщательно перемешивали и доводили до пастообразного состояния с помощью глинопесчаного раствора с различными добавками.
Образцы с нанесенным на них слоем нитроцементующей пасты высушивались в сушильном шкафу при температуре 75-85°С в течение 1 ч, закладывались в кассету (рис. 2) и погружались в тигель с расплавом солей, нагретым до необждимой температуры.
Образцы, покрытые карбюризатором на основе различных связок, подвергались ни тр о цементации с сушильном шкафу при температуре 75-85 °С (т = 1 ч)
Рис. 2. Вид образцов в кассете после сушки в
№ п/п Вид нитроцементации Диапазон рабочих температур, °С Состав ванны Температура плавления, °С Примечание
1 Низко- темпера- турная 560-570 30% N804 + 35% N80! + 35% N820 03 420 Ванна стабильна
2 Средне- темпера- турная 650-670 10% N804 + 45% N80! + 45% N820 03 570 Ванна стабильна
3 Высоко- темпера- турная 880-900 50% N80! + 50% N820 03 660 Ванна стабильна
Рис. 3. Вид образцов после нитроцементации 0: = 900°С, і = 2 ч) при использовании карбюризатора состава: сажа газовая 80% и калий железосинеродистый 20% и различных пастообразователей: а - глина и песок (1:2); б - глина и песок (2:1); в - силикатный клей
а б
Рис. 4. Микроструктуры нитроцементованных слоев стали Ст3 (900°С; 1,5 ч), полученных нагревом в цианистой ванне (а) и с использованием твердой обмазки и нейтральной соляной ванны (б) (х100)
На втором образце обмазка частично сохранилась, при этом использовался карбюризатор, разведенный глиной и песком в пропорции 2:1. При таком соотношении обмазка после сушки получалась очень хрупкой (из-за присутствия большого количества глины) и под воздействием высокой температуры разрушалась, о чем свидетельствует наличие частиц карбюризатора в соляной ванне.
Обмазка на основе силикатного клея полностью растворилась в ванне. Скорее всего, это связано с тем, что при высоких температурах в условиях агрессивной среды (наличие в составе ванны хлористого натрия NaCl) силикат натрия разлагается. Поэтому использовать в качестве связующего материала силикатный клей не представляется возможным.
Исждя из всего вышесказанного, можно рекомендовать к использованию карбюризатор на основе сажи, углекислого натрия и желтой кровяной соли, разведенный глинопесчаной смесью в пропорции 1:2.
Ни тр о цементацию проводили в широком диапазоне температур - от 560 до 900°С. Заметное насыщение наплавленного металла (блестящий нетравящийся слой толщиной 0,01-0,05 мм) получается уже при минимальной температуре. При повышении температуры глубина насыщения интенсивно увеличивается.
Эффективность насыщения стали предлагаемым способом не уступает насыщению в цианистой ванне. На рис. 4 представлены микрофотографии диффузионных слоев, полученных в ванне, содержащей 60% NaCN + 25% Na2Co3 + 15% NaCl, и в нейтральной ванне с нитроцементующей обмазкой. Как видно, структуры идентичны, а глубина слоя при обработке в комбинированной среде примерно на 30% выше.
Таким образом, нитр о цементация стальных изделий с использованием нитроцементующей углеродноазотистой обмазки и нагревом в нейтральных соляных ваннах по эффективности не уступает нитроцементации в цианистых ваннах, а с точки зрения экологии значительно безопаснее последней.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно -педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы
1. Финнен Б. Разработка и практическое применение процедуры TENIFER (сгарыеи новые) // ZWF. 1975. А. 70. № 12 С. 659-664.
2. Долженков В.Н. Низкотемпературное цианирование конструкционных улучшаемых сталей в пасгж: дис. ... канд. те<н. наук. Курск: КПУ, 2001.
Bibliography
1. Finnern B. Development and practical application of the procedure TENIFER (old and new) // ZWF. 1975. A. 70. № 12. P. 659-664.
2. Dolzhenkov V.N. Low-temperature cyanidation of structural steel wich could be improved, in the paste: Thesis of Ph.D. Kursk: KSTU, 2001.
